مهندسی برق

ایجاد تحول در تکنولوژی انرژی های بادی با توربین‌های بدون پره Saphon

به نظر شما آینده‌ی انرژی‌های بادی چگونه خواهد بود؟ توربین‌های بادی بزرگ‌تر؟ توربین‌های بادی با بازده بالاتر؟ توربین‌های بادی با طراحی شیک‌تر؟ یا شاید هم توربین‌های بادی بدون پره‌های محرک؟

شرکت Saphon با الهام از قایق‌های بادی، توربینی را طراحی کرده است که بسیار کارآمدتر از توربین‌های کنونی می‌باشد. توربین‌های بدون پره‌ی Saphon از یک بدنه‌ی بادبانی شکل، روتور و جعبه دنده بهره می‌برند، بدون اینکه شبیه به توربین‌های رایج پَره‌ داشته باشند.

این توربین‌ها ظاهراً قصد دارند بر قانون Betz غلبه کنند. قانون Betz ادعا می‌کند که هیچ توربینی نمی‌تواند بیش از ۵۹.۳ درصد انرژی جنبشی باد را به دام بیاندازد. یک توربین متوسط، حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد انرژی باد را به دام می‌اندازد که تقریباً برابر است با ۷۰ تا ۸۰ درصد از چیزی که قانون Betz ادعا می‌کند. این درحالیست توربین‌های مورد بحث ما در این مطلب، ۲.۳ برابر کارآمدتر از توربین‌های رایج عمل می‌کنند. علاوه بر این، گفته می‌شود که هزینه‌ی این توربین‌ها ۴۵ درصد کمتر از یک توربین معمولی است که علت این امر، عدم وجود پره‌ها و عدم وجود هاب و جعبه دنده‌های مرتبط می‌باشد. پس می‌توان گفت این توربین‌ها تحولی نسبتاً بزرگ در تکنولوژی توربین‌های بادی محسوب می‌شوند.

در واقع باد توسط یک بادبان به دام می‌افتد به طوری که یک حرکت جلو و عقب برایش پیش می‌آید. حرکت ایجاد شده، یک مسیر گره‌ای را دنبال می‌کند و از طریق پیستون‌ها، امکان تبدیل قسمت اعظم حرکت باد به انرژی مکانیکی در توربین را فراهم می‌کند. سپس، انرژی ایجاد شده به یک فشار هیدرولیکی تبدیل می‌شود که می‌تواند از طریق یک انباشتگر هیدرولیکی (hydraulic accumulator) ذخیره شود یا از طریق موتور هیدرولیکی و ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل شود.

از دیگر مزایای این توربین‌های می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

[accordion]
[acc_item title=”دوستدار حیات وحش”]

فضای خالی بین پرهای توربین‌های رایج آنقدر زیاد است که ممکن است پرندگان از بین آن‌ها رد شوند. متأسفانه تعداد زیادی از پرندگان بر اثر با برخورد پره‌ی توربین‌ها زخمی می‌شوند ولی تکنولوژی توربین‌های بادی Saphon به دلیل بدون پره بدون، خطری برای پرندگان نخواهد داشت.

[/acc_item]
[acc_item title=”آلودگی‌های صوتی و ارتعاشات کمتر”]

آلودگی صوتی و ارتعاشات توربین‌های معمولی عمدتاً به دلیل استفاده از پره‌ها و جعبه دنده‌ها است که با تکنولوژی توربین‌های بادی Saphon این مشکل نیز برطرف شده است.

[/acc_item]
[acc_item title=”قابل استفاده برای مناطق مختلف”]

این توربین‌ها برای مناطق شهری و روستایی نیز قابل استفاده است زیرا حالت ظاهری محیط را مانند توربین‌های بادی رایج، تغییر نمی‌دهند.[/acc_item]

[acc_item title=”ایجاد اختلال کم در امواج رادیو و تلویزیون و رادارها”]

چرخش پره‌ها می‌تواند منجر به اختلال در امواج تلویزیون، ایجاد سیگنال‌های ساختگی و شناسایی رادارهای کاذب شوند. با حذف پره‌ها، این مشکل نیز برطرف شده است.[/acc_item]

[acc_item title=”کاهش خطر ناشی از شکستگی پره‌ها”]

اینرسی ناشی از حرکت چرخشی پره‌ها در توربین‌های معمولی می‌تواند خطرآفرین باشد زیرا احتمال شکستن آن‌ها صفر نیست! تکنولوژی توربین‌های بدون پره‌ی Saphon این خطر را نیز برطرف کرده است به طوری که احتمال شکستن و پرت شدن قطعات وجود ندارد. [/acc_item]

[/accordion]

منبع

مطالعات نشان می‌دهد گاهی اوقات اتلاف انرژی تجدیدپذیر بهتر از ذخیره سازی آن است

در حالت تئوری، ما هیچ‌گاه تمایل به اتلاف انرژی نداریم. ولی در عمل، صحبت از موازنه‌ها است و در موارد خاصی بهتر است انرژی تلف شود. این، حاصل مطالعاتی بوده است که به سرمایه‌گذاری روی انرژی‌های تجدیدپذیر باد و خورشید، هزینه‌های جبران شده توسط آن‌ها و تکنولوژی‌های مختلف ذخیره سازی (آب پمپ شده، هوای فشرده و باتری‌ها) پرداخته است.

در اینجا یک انتخاب دشوار وجود دارد: انرژی بادی و خورشیدی در مقایسه با دیگر منابع انرژی، بسیار پاک و با ارزش هستند ولی برق را متناوباً تولید می‌کنند. بنابراین گاهی اوقات باید نسبت به وجود بار کافی اطمینان حاصل شود. یافتن راهی برای این مشکل، کمی پیچیده‌تر از چیزی است که در بررسی‌های اولیه تصور می‌شود. واضح‌ترین راه، ساخت منبع ذخیره کننده است ولی ساخت یک ایستگاه پمپ آب یا حجم زیاد باتری‌های لیتیوم یون نیازمند صرف انرژی و منابع دیگری است. طبق محاسبات EROI در تمامی گزینه‌های موجود، محققان به این موضوع پی بردند که معمولاً صرف هزینه برای ساخت و نصب توربین‌های بادی و پنل‌های خورشیدی بیشتر یا حتی خطوط انتقال بیشتر جهت انتقال برق از مکان‌هایی که خورشید می‌تابد یا باد می‌وزد به مکان‌های دیگر، بهتر از سرمایه‌گذاری بر روی ذخیره کننده‌ها است.

این منجر به مازاد انرژی زیادی می‌شود که ممکن است به معنای اتلاف انرژی بادی و انرژی خورشیدی بیشتری باشد ولی وقتی تولید آهسته شود، ظرفیت کل بیشتر، به معنای این خواهد بود که ما می‌توانیم به قدر نیاز، تولید داشته باشیم.

محققان گفته‌اند: “از دید اجتماعی، تلاش برای حفظ انرژی ارزان قیمت (مثلاً انرژی بادی) با استفاده از باتری‌های گران قیمت، بی فایده است”. در جای دیگر آن‌ها خاطر نشان کرده‌اند: “اگر جامعه ادعا کند که توان خروجی انرژی بادی را با حداقل سرمایه‌گذاری افزایش دهد، در بسیاری از مواقع اگر نسبت به ساخت یک توربین بادی دیگر یا در صورت امکان ایجاد خطوط انتقال اقدام کند بهتر از ساخت یک باتری برای ذخیره سازی انرژی در زمان‌های خارج از اوج مصرف است.”

ولی این به معنای بی فایده بودن ذخیره کننده‌های انرژی یا بی اهمیت بودن آن‌ها علیرغم پیشرفت تکنولوژی نیست:

پس از بررسی اینکه چرا نتیجه‌ی مدل آن‌ها این چنین است، محققان خاطرنشان کردند که آسان‌ترین راه برای تغییر این وضعیت، مهیا کردن طول عمر قابل استفاده بیشتر برای باتری‌ها است.

البته باید این را مد نظر قرار داد که در صورت وجود مازاد انرژی قابل توجه در برخی مواقع، و عدم وجود انرژی در برخی مواقع دیگر، لزوم وجود ذخیره‌ی انرژی را بیشتر می‌کند. در برخی موارد دیگر، مانند تولید انرژی و استفاده از آن به صورت خارج از شبکه (Off Grid) مستلزم استفاده از باتری است. همان‌طور که مستحضر هستید، موارد گفته شده فوق بیشتر مربوط به سیستم‌های شبکه‌ای (On Grid) است. خودم در حال حاضر بروی روی یک سیستم خورشیدی / بادی هیبرید با ظرفیت تولید ۵.۲ کیلووات کار می‌کنم که به طور پیش فرض و طبق استانداردهای شرکت سازنده، نیازمند ۱۶ عدد باتری سرب اسید است که قیمت قابل توجهی را به خود اختصاص می‌دهد ولی می‌توان با طراحی سیستم جدید و عدم تکیه بر سیستم‌های شرکت سازنده، تعداد باتری را به نصف یا کمتر نیز کاهش داد. در آینده گزارش کاملی از این روند در اکوگیک برایتان فراهم خواهد شد.

اسپانیا اولین توربین بادی فراساحلی خود را افتتاح کرد

اسپانیا به تازگی در روز دوشنبه اولین توربین بادی فراساحلی خود را راه‌اندازی کرد. از این توربین با ارتفاع ۱۵۴ متر که دارای پره‌هایی به طول ۶۲ متر است، انتظار می‌رود تا انرژی سالانه مورد نیاز ۷۵۰۰ خانه در مجمع‌الجزایر اطراف را تأمین کند. این توربین که در ماه جولای سال جاری در نزدیکی بندر Avinaga نصب شده ، قرار است تا گواهینامه‌های خود را در ماه مارس ۲۰۱۴ دریافت کند و از آن پس می‌تواند به شبکه برق محلی متصل شود.

این توربین ۵ مگاواتی که به طور کامل از اجزای اسپانیایی و توسط شرکت Gamesa تولید شده، اولین حضور این شرکت در بخش انرژی بادهای فراساحلی محسوب می‌شود و انتظار می‌رود تا معیاری باشد برای سنجش تأثیر این انرژی‌ها در کاهش هزینه‌ها.

Gamesa  بیان کرد که: «توربین ۵ مگاواتی  G128نمونه اولیه از اولین سکوی فراساحلی ۵ مگاواتی است، که دارای روتوری به قطر ۱۲۸ متر دارد و ارتفاع کلی آن ۱۵۴ متر است.»

از زمانی که این توربین در جولای گذشته شروع به کار کرده، با حداکثر ظرفیت خود انرژی تولید می‌کند، و بیش از ۱ گیگا وات ساعت برق به شبکه برق فرستاده و می‌تواند برق کافی برای تأمین نیاز سالانه ۷۵۰۰ خانوار را در جزایر قناری تولید کند. این تأسیسات در فصل اول سال ۲۰۱۴ گواهینامه‌های مورد نیاز را دریافت می‌کنند و تولید انبوه نیز در سال آینده آغاز خواهد شد.

در حال حاضر اسپانیا از لحاظ ظرفیت‌های استفاده شده برای انرژی بادی در رتبه چهارم دنیا قرار دارد. متأسفانه پیشرفت انرژی‌های تجدیدپذیر کشور به دلیل بحران اقتصادی جاری با موانع زیادی روبرو بوده. از طرفی شرکت‌هایی مثل Gamesa نیز با این شرایط مبارزه کرده و پروژه‌های تجدیدپذیر جدیدی را در کشور اجرا کرده‌اند.

علاوه بر مشکلات بودجه، به دلیل اینکه سطح اقیانوس در اطراف اسپانیا بسیار عمیق است، تولید انرژی‌های بادی در خط ساحلی ۵۰۰۰ مایلی اسپانیا، با چالش‌هایی همراه است. نمونه اولیه از اولین توربین Gamesa در Avinago در آب‌های کم عمق دریای شمال که بیشترین انرژی بادی اروپا در آنجا تولید می‌شود، قرار دارد. امید است که خط ساحلی طولانی اسپانیا، با کمک تکنولوژی‌های جدید، بهبود اقتصاد و حمایت بیشتر از طرف دولت، میزبان توربین‌های بادی بیشتری در آینده شود.

منابع:

 Phys.org and Gamesa

صدای توربین بادی کمتر از صدای ضربان نبض؟

    مخالفان توربین­های بادی همیشه از صدای زیاد توربین­ها شاکی بوده­اند، حتی صداهایی که زیر برد شنوایی انسان هستند که از آنها با نام “فرو صوت” یاد می­شود. این نگرانی­ها به ادعای وجود عارضه­ای به نام “سندرم توربین­های بادی” دامن می­زند و از این گفته دفاع می­کند که باعث امراضی همچون مشکلات ذهنی، ناراحتی­های قلبی و سرگیجه می­شود.

    در مطالعه­ای که توسط گروهی از مهندسان صوت در استرالیا انجام گرفته، آنها به این یافته رسیده­اند که فرو صوتی که توربین­های بادی آن را تولید می­کنند، کمی بیشتر از فروصوتی است که ضربان قلب خود شنونده تولید می­کند. این یافته نشان می­دهد که فروصوت توربین، با افزایش سرعت باد بیشتر می­شود. اما اغلب به علت صدای طبیعی باد که در محوطه می­پیچد، مخفی می­ماند.

    “انجمن متخصصان صوت استرالیا” گفته: “از این بررسی­ها نتیجه می­گیریم که سطوح این پدیده­ی فرو صوت مجاور با مزرعه­های بادی پایین­تر از آستانه­ی درک و محدوده­ی پذیرفته­شده­ی فعلی برای فروصوت است”.

    این محدوده شامل سطوح فروصوتی می­شود که قبلا مردم با آن روبه­رو بوده­اند که منابع طبیعی مثل تنفس، باد و امواج آن را تولید می­کنند، بعلاوه­ی منابع مکانیکی مثل هواپیما، ترافیک و صنایع مرتبط با سوخت­های فسیلی. این مطالعه نشان می­دهد که صدای توربین­های بادی همگی نسبی است:

فروصوت فراوانی از قبل در محیط ما وجود دارد، سطوحی که مزرعه­های بادی تولید می­کنند از دیدگاه ما در مقایسه کاملا پایین هستند، و به هیچ وجه بیشتر از آنچه که در محیط طبیعی وجود دارد نیست. افراد خودشان فروصوت را با ضربان قلب خودشان، تنفس و امثال این سطوح فروصوت تولید می­کنند که به لحاظ قابل ملاحظه­ای می­تواند بالاتر از منابع صوتی بیرونی باشد.

   در مورد جایابی تاسیسات زیربنایی جدید در نزدیکی منازل مسکونی اختلافاتی وجود دارد که می­تواند با ارتباط مناسب بین ساکنین و سازندگان از میزان آن کاسته شود، ولی این مشکل با امراض پزشکی مصنوعی (faux) متفاوت است.

   مطالعه­ای که توسط اداره­ی حفاظت محیط زیست ماساچوست انجام گرفته، نشان داده که شواهدی بر “سندرم توربین بادی” وجود ندارد. همچنین هیچ شواهد ملموسی یافت نشد که حرکت چرخان سایه­ی تیغه­های بادی باعث حمله­ی قلبی یا سایر نشانه­ها شود.

   بنابراین واقعیت امر چیست؟

   یک مطالعه­ی تجربی در ژورنال “روانشناسی سلامت” نشان داد که وقتی از افراد برای شرکت در این آزمایش دعوت به عمل آمد، آنها تجربه­ی “سندرم توربین بادی” ناشی از فروصوت را گزارش کردند. شرکت­کنندگان این آزمایش، فروصوت واقعی یا چیز جایگزینی شبیه به آن را تجربه کردند. ولی اگر نشانه­هایی غیر از نوعی صوت تجربه می­کردند، چگونه تعبیر می­شد؟ اگر قبلا درباره­ی خطرات احتمالی فروصوت به آنها چیزی گفته می­شد، احتمالا چنین چیزی پیش می­آمد.

   داروی ساختگی مشهور placebo رقیب ناشناخته­تر دیگری با نام nocebo دارد و انتظار رسیدن زیان از چیزی است که احتمالا بیشتر مردم قبل از تجربه­کردن آن چیزی در این باره نشنیده­اند. این مطالعه­ی کارشناسان صوت، اصل دیگری را از “بیماری­های مسری” حذف کرد.

   درست بعد از انتخاب رئیس­جمهور اوباما، استفن کولبرت درباره­ی خطرات ناشی از سندرم توربین بادی صحبت کرد و نتیجه گرفت که “ما باید به مصرف سوخت­های فسیلی ادامه دهیم. این مشکلی نیست که فقط به ذهن شما خطور کند، بلکه به تدریج تمام شش­های شما را فرا خواهد گرفت.”

منبع: cleantechnica